“Sarà un posto un po’ triste, solitario e freddo”, ha detto il fisico teorico Matt Caplan, che ha aggiunto che nessuno sarà in giro per assistere a questo lungo addio che avverrà in un futuro molto lontano. La maggior parte crede che tutto sarà buio quando l’universo arriverà alla fine. “È noto come ‘morte termica’, dove l’universo sarà composto per lo più da buchi neri e stelle bruciate”, ha detto Caplan, che ha immaginato un quadro leggermente diverso quando ha calcolato come alcune di queste stelle morte potrebbero cambiare nel corso degli eoni.
A punteggiare l’oscurità potrebbero essere fuochi d’artificio silenziosi – esplosioni dei resti di stelle che non avrebbero mai dovuto esplodere. Un nuovo lavoro teorico di Caplan, assistente professore di fisica alla Illinois State University, trova che molte nane bianche potrebbero esplodere in supernova in un lontano futuro, molto tempo dopo che tutto il resto dell’universo è morto ed è diventato silenzioso.
Nell’universo attuale, la drammatica morte delle stelle massicce nelle esplosioni di supernova avviene quando reazioni nucleari interne producono ferro nel nucleo. Il ferro non può essere bruciato dalle stelle — si accumula come un veleno, innescando il collasso della stella creando una supernova. Ma le stelle più piccole tendono a morire con un po’ più di dignità, rimpicciolendosi e diventando nane bianche alla fine della loro vita.
“Le stelle con una massa inferiore a circa 10 volte quella del sole non hanno la gravità o la densità per produrre ferro nei loro nuclei come fanno le stelle massicce, quindi non possono esplodere in una supernova ora”, ha detto Caplan. “Mentre le nane bianche si raffreddano nei prossimi trilioni di anni, diventeranno più fioche, alla fine si congeleranno e diventeranno stelle ‘nane nere’ che non brilleranno più”. Come le nane bianche di oggi, saranno fatte principalmente di elementi leggeri come il carbonio e l’ossigeno e saranno grandi come la Terra ma conterranno circa la stessa massa del sole, le loro viscere spremute a densità milioni di volte maggiori di qualsiasi cosa sulla Terra.
Ma solo perché sono fredde non significa che le reazioni nucleari si fermino. “Le stelle brillano grazie alla fusione termonucleare: sono abbastanza calde da frantumare insieme piccoli nuclei per creare nuclei più grandi, il che libera energia. Le nane bianche sono cenere, sono bruciate, ma le reazioni di fusione possono ancora avvenire a causa del tunneling quantistico, solo molto più lentamente, ha detto Caplan. “La fusione avviene, anche a temperatura zero, solo che ci vuole molto tempo”. Ha notato che questa è la chiave per trasformare le nane nere in ferro e innescare una supernova.
Il nuovo lavoro di Caplan, accettato per la pubblicazione da Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, calcola quanto tempo queste reazioni nucleari richiedono per produrre ferro, e quanto ferro hanno bisogno le nane nere di diverse dimensioni per esplodere. Chiama le sue esplosioni teoriche “supernova di nane nere” e calcola che la prima si verificherà tra circa 10 anni e 1100 anni. “In anni, è come dire la parola ‘trilione’ quasi cento volte. Se lo scrivesse, occuperebbe la maggior parte di una pagina. È incredibilmente lontano nel futuro.”
Naturalmente, non tutte le nane nere esploderanno. “Solo le nane nere più massicce, da 1,2 a 1,4 volte la massa del sole, esploderanno”. Tuttavia, questo significa che l’1% di tutte le stelle che esistono oggi, circa un miliardo di trilioni di stelle, può aspettarsi di morire in questo modo. Per quanto riguarda il resto, rimarranno nane nere. “Anche con reazioni nucleari molto lente, il nostro sole non ha ancora abbastanza massa per esplodere in una supernova, anche in un futuro molto lontano. Si potrebbe trasformare l’intero sole in ferro e ancora non esploderebbe.”
Caplan calcola che le nane nere più massicce esploderanno per prime, seguite da stelle progressivamente meno massicce, finché non ce ne saranno più per esplodere dopo circa 1032000 anni. A quel punto, l’universo potrebbe davvero essere morto e silenzioso. “È difficile immaginare qualcosa che venga dopo, le supernove nane nere potrebbero essere l’ultima cosa interessante che accade nell’universo. Potrebbero essere le ultime supernova di sempre”. Quando le prime nane nere esploderanno, l’universo sarà già irriconoscibile. “Le galassie si saranno disperse, i buchi neri saranno evaporati e l’espansione dell’universo avrà spinto tutti gli oggetti rimanenti così lontano che nessuno vedrà mai esplodere gli altri, non sarà nemmeno fisicamente possibile che la luce viaggi così lontano”. “Sono diventato un fisico per una ragione. Volevo pensare alle grandi domande: perché l’universo è qui e come finirà? Quando gli viene chiesto quale sarà la prossima grande domanda, Caplan dice: “Forse proveremo a simulare qualche supernova nana nera. Se non possiamo vederle nel cielo, almeno possiamo vederle al computer”.